Loaded $ Q $ -factor

Come ogni circuito risonante, la larghezza di banda di un'antenna è determinata dal suo fattore di qualità caricato, definito da $ Q _ {\ ell} \ overset {.} {=} \ frac {X} {R} $ .

Il più basso il fattore $ Q $ caricato, maggiore sarà la larghezza di banda dell'antenna: $ BW _ {- 3dB} = \ frac {f_ {res}} {Q _ {\ ell}} $ , con $ f_ {res} $ la frequenza di risonanza.

Analisi della $ Q _ {\ ell} $ caricata di un dipolo ripiegato nello spazio libero

Resistenza $ R $ (identico a quello di un dipolo ordinario)

Nella formula sopra per $ Q _ {\ ell} $ span>, la resistenza $ R $ nel circuito risonante caricato sarà la metà della resistenza alle radiazioni $ R_ {rad} $ quando il l'antenna è perfettamente abbinata. Quindi, $ R = \ frac {R_ {rad}} {2} $ . Nota che questo valore non è diverso da quello di un dipolo ordinario, anche se l'impedenza di ingresso $ R_ {in} $ di un dipolo piegato è quattro volte quella di un dipolo ordinario. La maggiore resistenza di ingresso $ R_ {in} $ è semplicemente dovuta alla proprietà di trasformazione dell'impedenza di fili paralleli ravvicinati. In conclusione, $ R $ non fornisce alcuna spiegazione per la maggiore larghezza di banda.

Reattanza $ X $ (inferiore a quello di un normale dipolo)

Ora, valutiamo la reattanza $ X $ nella formula sopra per $ Q _ {\ ell} $ span >. Per un dipolo nello spazio libero, $ X $ è determinato dall'auto-reattanza del conduttore dell'antenna. Questa sarà una combinazione di autoinduttanza del conduttore dell'elemento e auto-capacità tra le due metà dell'elemento.

Inoltre, i conduttori paralleli ravvicinati di un dipolo piegato dovrebbero davvero essere visti come uno conduttore molto spesso. Quindi, la sua autoinduttanza sarà inferiore e la sua auto-capacità superiore di quella di un normale dipolo. Entrambi gli effetti producono una reattanza inferiore $ X $ , quindi abbassando il $ Q _ {\ ell} $ e ampliare la larghezza di banda del dipolo piegato.

La maggiore larghezza di banda di un dipolo piegato è quasi interamente dovuta allo spessore extra. Due elementi paralleli si comportano come un singolo elemento più spesso. C'è anche un piccolo contributo dalla combinazione delle reattanze della modalità della linea di trasmissione e della modalità del radiatore che agiscono in direzioni opposte.

Una piccola reattanza capacitiva è ciò che ti dà la maggiore larghezza di banda.

In un dipolo ½λ regolare, la corrente che scorre lungo i conduttori è in fase. Quando aggiungiamo il secondo conduttore in un dipolo piegato, ciò che stiamo realmente facendo è estendere il dipolo. Di conseguenza la corrente nella nuova sezione scorre nella stessa direzione di quelle nel dipolo originale. Le correnti lungo entrambe le semionde sono quindi in fase e l'antenna irradierà con le stesse caratteristiche di un normale dipolo ½λ semplice.

Forse un'illustrazione aiuterà (ARRL Extra Class License Manual):

Ricorda, questa è corrente alternata. Nei punti B e C (le estremità di un semplice dipolo) scende a zero. Poiché un dipolo piegato è come estendere un dipolo di un 1 / 4λ a ciascuna estremità, osserveremo l'inversione di corrente in B & C quando iniziamo un nuovo ciclo.

Poiché la corrente è ora equamente divisa nelle due sezioni, l'impedenza deve aumentare in base alla legge di Ohm (W = I ^ 2R) di un fattore 4. Questo rende i dipoli piegati un'opzione attraente per i radioamatori a cui piace usare la doppia linea o la linea ladder per le linee di alimentazione.

Un altro modo per vedere la situazione è che l'impedenza del dipolo appare in parallelo con l'impedenza delle sezioni piegate. Ad una frequenza lontana dalla risonanza, la reattanza del dipolo è di forma opposta a quella della sezione piegata e di conseguenza c'è una certa cancellazione di reattanza nel punto di alimentazione dell'antenna.

Quindi, in sostanza, ottieni alcuni abbinamenti "gratuiti" proprio nel punto di alimentazione dell'antenna.

Può essere utile considerare i due bracci del dipolo ripiegato come sezioni in cortocircuito finale (a un quarto d'onda approssimativamente) di una linea di trasmissione da 300 ohm. Qualsiasi corrente che tenta di fluire in direzioni opposte sui due conduttori in ciascun braccio non si irradierà (motivo per cui la linea di trasmissione funziona - le due correnti generano campi opposti). Solo una corrente di "modo comune" può irradiare. Guardando su entrambi i lati dell'antenna dal punto centrale, l'impedenza per le correnti di modo differenziale tra i due conduttori è molto alta (perché ogni braccio agisce per trasformare il corto all'estremità più lontana in un'impedenza alta al centro).

Ora considera il punto di alimentazione che cambia la tensione in modo differenziale. Se un lato dell'alimentazione aumenta di tensione e (diciamo) esce una corrente, allora la tensione e la corrente sul conduttore opposto (sezione piegata) devono seguirlo (le correnti differenziali vengono annullate!). L'antenna è bilanciata e quasi resistiva vicino al suo centro, quindi l'altro punto di alimentazione scende di tensione e attira una corrente della stessa entità. Questa corrente scorre lungo l'antenna nella stessa direzione della corrente proveniente dall'altro punto di alimentazione (proprio come in un dipolo regolare, non piegato). Ancora una volta, l'effetto della linea di trasmissione costringe la tensione e la corrente nel conduttore opposto al secondo punto di alimentazione a seguire, e questa corrente è nella stessa direzione dell'altro braccio.

Ci sono effettivamente DUE correnti modalità operative. Una modalità di linea di trasmissione (che non si irradia) e una modalità radiativa simile ad un'antenna.

Va ​​notato che questo concetto dovrebbe avere i due bracci leggermente troppo corti per un radiatore a semionda efficiente, poiché le due sezioni di linea a un quarto d'onda dovrebbero essere tagliate tenendo conto del fattore di velocità della linea (tipicamente 0,85 circa). Alcuni modelli (come ARRL) rendono la lunghezza dell'antenna simile a quella di un semplice dipolo ma aggiungono barre di cortocircuito leggermente all'interno delle estremità nei punti che sono elettricamente un quarto d'onda lungo ciascun braccio dal punto di alimentazione.

La domanda originale posta sul motivo per cui la larghezza di banda è "più ampia" per un dipolo piegato rispetto a un dipolo a filo singolo. Probabilmente ci sono due effetti da considerare. La reattanza mostra un calo molto netto alla risonanza, ma l'impedenza resistiva è alta (vicino a 300 ohm) e varia con la frequenza. L'ampiezza dell'impedenza complessa combinata normalizzata a 300 ohm non cambia così velocemente. La modalità "non radiativa" tende ad annullare i cambiamenti di reattanza. La ragione potrebbe anche essere che il diametro effettivo del dipolo piegato è aumentato rispetto al sistema a filo singolo. Un cavo efficace "più grosso" ha un Q inferiore (la sua risonanza è meno acuta) e la sua larghezza di banda effettiva è più ampia. Questo effetto viene utilizzato, ad esempio, su dipoli "a gabbia" i cui bracci (non piegati) sono costituiti da più fili distanziati da cerchi.

Come è stato sottolineato, un fattore del dipolo piegato che spiega una maggiore larghezza di banda è che è effettivamente più spesso. La ragione principale, tuttavia, è che la sua impedenza è effettivamente la combinazione parallela di un dipolo mezzo wsve e uno stub da 1/4 d'onda in cortocircuito all'estremità lontana. La reattanza / suscettività di questo stub varia in direzione opposta a quella del dipolo, compensandolo, il modo migliore per pensarlo è in termini di modi pari e dispari. Se dividi il dipolo folfed in due U: s, puoi alimentare entrambe le gambe della U in parallelo in fase come un dipolo non piegato in cui la corrente in ciascuna gamba della U è nella stessa direzione. Questa è la modalità uniforme e l'impedenza sarà quella di un dipolo grasso. 75 ohm dicono, o 150 per ciascuna delle due gambe a U in parallelo. Ora alimenta le due gambe dell'U in antifase, con corrente in direzioni opposte. Questa è la modalità dispari e non si irradia e ha l'impedenza di uno stub in cortocircuito. Ora alimenta entrambe le modalità contemporaneamente. Avrai pari + dispari = 2 su una gamba U e pari-dispari = 0 sull'altra. La gamba 0 volt può essere messa in cortocircuito alla gamba 0 volt dell'altra U completando il dipolo piegato. Ora hai un punto di alimentazione nominale di 300 ohm ma la corrente è la somma delle correnti di modo pari e dispari, la corrente di modo dispari è quella dello stub, la cui impedenza è quindi in parallelo con il dipolo.È possibile ottenere un effetto simile collegando uno stub da 1/4 SC su un dipolo non piegato, tranne che l'impedenza non verrà moltiplicata per 4